基于鄉村振興的水環境生態修復技術方法體系研究
——以長田灣水庫為例

吳萬剛

(湖南農業大學東方科技學院，湖南 長沙 410128)

1 引言

生態修復是在生態學原理指導下，以生物修復為基礎，結合各種物理修復、化學修復及各工程技術措拖，通過最佳組合，使之達到最佳效果和最低耗費的一種污染環境綜合修復方法[1]；水環境生態修復技術是生態修復的核心內容之一，其以生態修復理論為研究基礎，并通過一系列的技術措施，將欲退化或已經損壞的水環境生態系統修復與恢復，使其基本恢復原有水平或超過原有水平，且保持其長久穩定性；植物修復是按照生態學規律，利用植物自然演替、人工種植或兩者兼顧，使受到人為破壞、污染或自然毀損而產生的生態脆弱區重新建立植物群落，恢復生態功能的技術體系[2]。

當前，國內外有關學者針對湖泊庫區水環境生態修復技術方面的研究較少，且主要集中于研究湖泊的生態風險的評價方面[3～5]，但針對于湖泊水生態風險評估、應急處理及水生態風險管理等方面研究報道鮮見[6，7]，多集中于水環境事故的風險評估和應急處理等方面研究[8～10]。因此，本文以長田灣庫區為研究對象，試圖找出運用生態修復技術方法，對該庫區水環境進行生態修復，建立庫區水環境生態修復體系，以期為安全保障該域水環境提供技術支撐參考，在振興鄉村的水環境、水生態及飲用水安全保障等方面具有重要的現實戰略意義。

2 庫區概況

長田灣水庫位于湖南省辰溪縣長田灣鄉，系錦江河一級支流龍門溪河流域內的一座以灌溉為主，兼有防洪、發電、養殖等綜合效益的中型水利工程。其集水面積為10.6 km2，總庫容量為2270萬m3，灌區主次渠道總長達300 km，庫區周邊農村常居人口約3200人，灌區面積惠及周邊8個鄉鎮，共計5.5萬畝稻田，長田灣水庫運行40多年來，由于缺乏有效維護，安全隱患也十分突出。為確保灌溉效益的正常發揮及新型農村經濟發展對水庫庫區水資源保護的迫切需求，水庫庫區的水環境保護已成為其水資源保護的最核心任務之一。

根據“中央一號文件”“中央水利工作會議”和《湖南省水功能區劃》等精神，長田灣水庫水環境功能系村民生活用水和農業灌溉用水區，該域水質的保護目標為Ⅲ類標準值(《地表水環境質量標準》(GB3838-2002))。經調查表明，長田灣水庫庫區周邊2km范圍內，既沒有大型煤礦企業、規模化養殖場(區)等，也沒有明顯的點源污染[11]。近年來，辰溪縣政府出臺了禁止在各類型水庫區內網箱養魚等的相關規定，并對庫區水環境進行綜合整治，其基本沒有養魚投料等對庫區水體的污染。

3 分析數據來源

本研究分析數據主要分為兩部分：一是來自于本研究課題組設在該域庫區監測點的水環境年度監測數據(2020年1～12月)；二是通過中國知網(CNKI)查詢獲得的文獻檢索和相關資料(見參考文獻)。

4 庫區污染源調查及分析

4.1 庫區農村生活污染調查

4.1.1 生活污水的排放量

水庫區內農村生活污水污染物的排放量，根據庫區自然村的人口數量、人均需水量和人均排污系數，測算自然村村民的生活污水及污染物的排放量[12]，該庫區內的自然村村民的生活污水污染物排放系數和排放量如表1和表2所示。

表1 庫區村民生活污水污染物排放系數

表2 庫區村民生活污水污染物排放量

4.1.2 生活垃圾的排放量

根據自然村村民人口數量和人均垃圾產生量0.6～1.0 kg/(人·d)，測算自然村的生活垃圾產生量[12]；庫區村民生活垃圾和固體廢棄物的排放量，按0.9 kg/(人·d)測算，則該庫區內村民產生的垃圾總量約為1051.2 t/a；該域內的村民所有生活垃圾，按期集中收運至定點垃圾壓縮中轉處理站進行預處理，較有效解決生活垃圾的污染問題，從而減少生活垃圾水環境污染；該域村民生活垃圾排放系數和排放量如表3和表4所示。

表3 庫區村民生活垃圾排放系數 kg/(人·d)

表4 庫區村民生活垃圾排放量

4.1.3 禽、畜污染物的排放量

經調查表明，該水庫區周邊有2個自然村，該2個村內養殖的禽、畜存欄數為：雞存欄數約為1000羽/a，飼養期約為55 d；鴨和鵝存欄數約為1000羽/a，飼養期約為210 d；豬存欄數約為1000頭/a，飼養期約為199 d[13]；該域內未設禽、畜的糞便預處理站，其糞便污染物非常容易隨雨水徑流至庫區水體內，影響水環境水體質量；禽、畜污染物的排放量(t/a)=個體日產糞、尿量(kg/d·羽.頭)×飼養期(d)×養殖數(羽.頭)×禽、畜糞便污染物平均含量(kg/t)×l0-6；；測算該庫區禽、畜污染物排放系數[13，14]和排放量如表5和表6所示。

表5 禽、畜污染物排放系數

表6 禽、畜污染物排放量

4.2 點源污染調查

經調查表明，長田灣水庫庫區周邊自然村2 km范圍內，無大型工業、煤礦、養殖場(區)等污染源；2年前，辰溪縣政府擬建庫區溫泉農莊休閑度假村的規劃方案，但其位于水庫區核心水域約1～1.5 km的地方，能否修建需經政府相關部門環境影響評價測評論定。因此，該庫區周邊沒有明顯的點源污染。

4.3 農業面源污染調查及分析

經調查表明，測算得水庫區的農業用地面積為6.81 km2，約為681 hm2，在此681 hm2農業用地中，其中果園約為164.68 hm2，旱地約為140.32 hm2，水田約為376 hm2，主要分布在水庫區沿岸河灘周邊；應用農作物種植面積和經修正的源強系數[14]，對該庫區果園、旱地、水田等面源污染進行測算：根據用地類型，旱地修正系數取1.1，果園取1.4，水田取1.0；根據農作物類型，旱地修正系數取1.5，果園地取0.7，水田取1.2；根據土壤類型，修正系數取1.0；根據化肥施用量，修正系數取1.3；根據降雨量，流失系數取1.2；經測算，該庫區的農業面源污染物負荷如表7所示。

表7 庫區農業面源污染負荷

可見，農業面源污染物負荷中，按污染因子分類，TN負荷最大，其次為TP和COD，最小為NH3-N；按用地類型，水田負荷最大，其次為因果園，最小為旱地。

4.4 庫區總污染負荷調查及分析

根據歷年學者研究的相關入庫系數[15]，綜合分析確定長田灣水庫的庫區污染物入庫系數，即：村民生活污染物入庫系數取0.6；禽、畜污染物入庫系數取0.2；農業面源污染的COD、TN、NH3-N入庫系數取0.25，TP入庫系數取0.035；該庫區入庫污染物總負荷如表8所示。

表8 入庫污染物總負荷 t/a

可見，在入庫污染物總負荷中，庫區村民生活中的禽、畜污染物占負荷總量比最大，其次為農業面源污染，最小為村民生活污水污染物。

5 庫區生態修復技術體系探析

5.1 入庫水源生態修復技術

5.1.1 建立水源保護區

控制外源性營養鹽輸入，是解決湖泊水體富營養化的首要步驟[16]，其輸入途徑主要包括生活與工業的點源排放及湖泊農業面源輸入等[16]。因此，在該入庫源頭的各溪流，建立水源保護區，嚴禁在各溪流周邊開采煤礦、建工廠、建養殖場(區)等；對入庫各溪流河道進行清淤工程，恢復自然河道植被的生態環境，酌情利用生態袋護理河床，組成多層吸附體，改善入庫各溪流河道水生態環境條件，運用涵蓄降水、減少地表徑流和保護水資源等多種措施，實現庫區水資源可持續利用；在水庫區的主要入庫處(口)，建立攔沙壩、沉沙緩沖池等綜合防護措施，以防雨、洪等因素導致的各類污染物流入庫區。

5.1.2 建立生態修復區

有學者認為，削減農業面源污染，積極調整種植結構，大力發展有機農業、生態農業，建設有機農業生態圈，構建生態屏障[17]。因此，在該水庫源頭的溪流域內，根據坡地植被實際情況，采取退耕還林、修建梯田、坡面整治等技術方法進行生態修復。坡度小于8°的小山坡，建立防洪抗旱區，根據實情，酌情退田還湖；在8～25°之間的陡山坡，建立涵水緩沖區，種植油茶、李、梨、板栗等經濟林樹木，涵養水源；坡度大于25°的峭山坡，建立山地保護區，全面禁止墾、砍伐林木，退耕還林，保持水土，必要時封育治理，恢復水庫區周邊生態環境。

5.2 庫區生態修復技術

5.2.1 庫區駁岸生態修復

為改善湖泊等水體生態環境，需完善生態修復技術，進一步強化水土保持、綠化等技術措施，提高植被覆蓋度、涵養水源、防治水土流失[18]。因此，該水庫區駁岸的生態修復，主要分為庫區濱帶地貌修復和庫岸植被修復，其中，庫區濱帶地貌修復以種植水生植物為主要修復方法，建立濱帶生態保護帶；庫岸植被修復則根據山坡梯度性，種植灌木進行配置，提高庫區濱帶生物多樣性和改進庫岸景觀層次性；在庫區周邊農田與濱帶水體之間，建立植被帶，緩沖減少農業面源污染物匯入庫區水體。根據“資源化、生態化”總體要求，經過物理、化學、生物等方面多重綜合作用，吸附、吸收農業面源污染物排放物質，起到凈化水質、保護生物多樣性等多重作用，進一步增強庫區濱帶抵御雨洪侵蝕的能力，其生態效益可期。

5.2.2 庫區水域生物群落修復

無論大型或小型湖泊水體[19]，水生植物法被認為是有效的生物控制方法[20]。利用植物根、莖、葉對湖泊水體懸浮物的捕獲及吸收作用，控制營養鹽釋放與浮萍過渡繁殖[21]。因此，應用生態系統食物鏈的原理，營造庫區周邊多樣性生物群落條件，從而改良庫區水域生物群落。主要措施：其一，將水生植物延伸至庫區濱帶水中，創造水生微生物生存、繁衍的必要條件；其二，投放適量的魚類、蝦類、螺螄、河蚌等底棲動物，構建水生植物-微生物-藻類-水生動物的生態食物鏈，改善水域水質；其三，在庫區深水區選用沉水植被進行修復，“水下森林”凈化水質，為水生動植物提供良好的生境。

5.2.3 庫區農業面源污染生態修復

5.2.3.1 建立坡耕地生態攔截帶

針對庫區徑流流失較大的坡耕地區域，應根據坡度大小，沿等高線方向種植抗旱強、耐貧瘠具有一定經濟效益的經濟林果樹，如棗樹等，控制山坡耕地表徑流量；在緩坡耕地，可采用種植多種類的多年生草本植物帶為主體，減少農田氮、磷等元素的流失；在陡坡耕地，可采用種植“多年生灌木—多年生草本植物”等復合植物帶為主體，減少農田土、肥流失。以此為步驟，建成生態梯田，建立生態攔截帶。

5.2.3.2 建立農田氮磷凈化生態設施

針對庫區平緩型農田區域，加強整理和改造存在分布散亂、結構不甚合理、底泥淤積嚴重、水生植物缺失等現象的農田；對化肥、農藥施用量較大的農田區域，規范設計農田排水溝或排水渠，及時清挖淤泥，加固邊坡，合理配置農田水生植物群落；在農田周邊，根據實情每隔一定距離設置生態格柵或透水欄，以延長出入農田的水滯留時間，保證農田灌溉和排水安全，提升農田氮磷凈化的生態功能。

5.2.3.3 建立庫區面源污水生態凈化工程

在不占用農業耕地資源的前提下，利用庫區流域周邊廢棄池塘、低澇洼地等，整理清挖底泥，建造淺灘、溝壑、深水等多樣性塘底結構，建立串聯的人工濕地生態系統；在人工濕地的周邊種植柳樹等濕生樹木，地表配置三葉草、黑麥草、狗牙根等草本植物；在人工濕地的淺、中、深水區，根據實情，合理配置挺水、浮水和沉水植物；在人工濕地周邊，選擇適宜地點建水泵站，建設農田用水凈化循環利用的生態工程。

6 結語

庫區水環境生態修復技術，是一項與流域的水文、生物、化學等學科密切相關的復雜工程技術體系，相關理論研究和實踐工作尚處于研究發展階段，生態袋、護理吸附體等須待繼續研討。

庫區水環境生態修復技術，堅持以構建生物多樣性的復合生態系統，以維護庫區環境逐步促進向水源保護和水資源調控轉變，以期增強生態調控與修復技術措施的研究與應用。

庫區水環境生態修復技術工程的實施，旨在改善長田灣庫區水環境，振興該庫區的生態效益、經濟效益和社會效益。